炼油厂催化裂化装置中RBI的应用

陈俊仰，胡华胜，郑俊辉，邓聪，朱鹏安

（广东省特种设备检测研究院， 广东 佛山 528251）

风险评估（RBI）技术兴起于美国上世纪九十年代，是一种先进的、科学的设备检验技术。美国石油协会（API）在石化装置的检验中首次运用RBI技术[1]，并于2000年至2002年，分别颁布了API580[2]和API581[3]两部标准作为实施RBI的指导性文件。国内基于RBI技术的研究与应用始于上世纪九十年代。2003年中国石油化工股份有限公司茂名分公司通过与合肥通用机械研究所和法国国际检测局（BV）合作，成功将RBI技术应用在乙烯裂解装置和炼油加氢裂化装置中[4]。此后扬子石化、镇海炼化、大庆石化也陆续对装置进行了RBI分析[5]。

本文对某炼油厂催化裂化装置进行风险评估，根据设备和管道的风险等级制定有针对性的检验检测策略，为企业因生产所需延期检验的同时，降低设备风险水平，实现装置的长周期安全运行提供了保障，并结合RBI评估结果对2019年10月装置停机检验进行了指导。

1 装置简介

某炼油厂150万吨/年催化裂化装置，自2009年3月投用后，2011年10月进行了首次停车检修。2014年10月停车检修时，只进行了部分压力容器定期检验，两次大修未曾发现异常腐蚀减薄、应力腐蚀开裂、材质劣化等情况，装置历史运行状况良好。由于生产运行的需要，装置计划于2019年10月进行停车检修，其中静设备73台，压力管道581条。

该装置采用常减压装置的直馏重蜡油及部分加氢裂化尾油作原料。在高温低压操作条件下，渣油（或蜡油）等大分子烃类通过催化裂化中催化剂表面强酸中心的催化作用，使烃类分子发生以裂化、异构、氢转移反应为主的多种复杂反应，使大分子烃类转化为各种小分子烃类的混合物，并通过后续分馏稳定系统分离出干气、液化气、汽油、柴油及油浆等产品，其中液化气中的C3、C4烯烃经进一步分离后可用于化工原料。反应过程形成的焦炭被用于工艺过程消耗并在余热回收工艺中为装置提供热量[6]。作为炼油厂装置中汽油和柴油的生产大户，在进行生产时保证该装置的正常运行极其重要。

2 RBI技术的应用

2.1 装置的评估范围

该炼油厂催化裂化装置根据生产工艺流程分为四个单元，分别为反应、分馏、吸收稳定和余热回收，各单元待评估设备和管道数量见表1。

表1 催化裂化装置评估数量统计

2.2 腐蚀回路的确定

参考同类装置失效分析资料，把具有相同失效机理并连接的设备和管道确定为一个腐蚀回路。经评估小组与工厂技术人员讨论交换意见后，最终确定划分20个腐蚀回路。

2.3 工艺物流划分

按照工艺介质的不同，将催化裂化装置物流划分为23种，通过取样分析并结合装置PFD图及物流平衡表等数据，计算出了每种物流所含相应组分的质量百分数。主要工艺物流及危害组分如表2所示。

表2 主要工艺物流及危害组分

2.4 腐蚀机理分析[7]

该装置存在的主要损伤模式为腐蚀减薄和环境开裂[8]。具体损伤机理如下：

（1）高温硫化物腐蚀

碳钢或其他合金在高温下与硫化物反应发生的腐蚀。受影响的材料包括所有铁基材料。通常在铁基合金温度超过260℃时开始发生高温硫化物腐蚀，温度越高，腐蚀越快。

（2）烟气露点腐蚀

燃料燃烧时燃料中的硫类物质形成二氧化硫、三氧化硫，低温（露点及以下）遇水蒸汽形成酸，对金属造成腐蚀。受影响的材料包括碳钢、低合金钢、300系列不锈钢。

（3）酸性水腐蚀

含有硫化氢且pH值介于4.5～7.0之间的酸性水引起的金属腐蚀。碳钢耐酸性水腐蚀能力低，腐蚀速率随酸性水中硫化氢浓度的升高而增大。

（4）大气腐蚀及保温层下腐蚀

大气腐蚀是发生在潮湿的环境条件下，海洋环境或潮湿的工业气体污染环境下程度更严重，层下腐蚀发生在保温层下积水时。大气腐蚀易发生的设备：壁温在-12～121℃无保温层的碳钢或低合金钢设备，均可能发生大气腐蚀。层下腐蚀发生在冷却水塔下风向、冷却水喷淋系统、酸气、蒸汽放空附近。

2.5 RBI风险分析

将现场采集的相关数据输入RBI系统分析软件，计算得出该催化裂化装置2019年10月设备和管道总风险矩阵，如图1和图2所示。从图中可得出装置区中各风险等级设备和管道的数量和占比，统计如表3所示。从表中可看出中高及高风险设备占总数的19.2%，管道占9.1%。其中高风险设备6台，管道6条。中高风险设备8台，管道47条。中风险及低风险设备59台，管道528条，设备占总数的80.8%，管道占90.9%。

图1 设备风险计算结果

图2 管道风险计算结果

表3 炼油厂静设备和管道的风险统计

3 基于风险评估（RBI）的检验

3.1 重点关注设备及延检建议

根据定量风险计算结果，大部分设备、管道的风险等级在可接受范围内。因此大部分设备、管道可根据生产需要延至2019年10月进行定期检验。风险等级4E、3E的高风险设备和4E的高风险管道应立即进行停机或在线检验，风险等级4A、3B、3C、2E、1E的设备和4C、3C、2E、1E的管道在延检期间应加强监控，并进行在线检验。如果在线检验未发现影响安全运行的异常情况，可在2019年10月前进行定期检验，如发现问题则需按规程规范要求整改并采取必要的安全措施确保本质安全。

3.2 检验方案的制定

在2019年10月对炼油厂该装置停机进行了基于风险（RBI）的定期检验。检验方案结合《固容规》、《管检规》和GB/T 26610.2-2014《承压设备系统基于风险的检验实施导则 第2部分：基于风险的检验策略》制定，各风险等级设备和管道的检验范围如表4和表5所示。

表4 设备的检验范围[9]

表5 管道的检验范围[9]

对抽检的设备和管道遵循以下原则：（1）高风险及中高风险的设备和管线优先考虑进行检验；（2）在运行期间发生过泄漏的管道应考虑进行检验；（3）RBI评估减薄腐蚀速率大于等于0.2mm/y或者应力腐蚀开裂敏感性为中或高、失效可能性大于等于3的设备及管道检验期间应考虑进行检验；（4）确定抽查设备和管道时，因保证覆盖所有腐蚀回路；（5）对检测的设备和管道发现问题时，可增加同腐蚀回路同风险等级设备和管道的检验数量。

综上所述，经腐蚀专家与工厂人员共同讨论最终确定设备和管道的检验数量如表6和表7所示。

表6 设备的检验数量[9]

表7 管道的检验数量[9]

3.3 设备和管道的检验

在该炼油厂2019年10月停机检修中共对催化裂化装置36台设备和185条管道进行了检验。通过本次大修检验，结合RBI对设备和管道的分析，分别从腐蚀减薄、应力腐蚀开裂和外部腐蚀三个方面进行指导。

本次检验设备E-3303解析塔底重沸器壳程筒体内部发现大面积密集腐蚀深坑，壁厚减薄超过10%。其余设备壁厚减薄均未超过10%，其中C-1101反应沉降塔内表面筒体发现腐蚀坑，经强度校核在可接受范围内，不影响安全运行；检验未发现裂纹缺陷；外部宏观和测厚检验结果表明，部分设备存在外部腐蚀和保温层下腐蚀，但腐蚀程度较轻微。重点关注设备的验证结果如表8所示。

根据压力管道的检验报告，检验壁厚存在减薄的管道共15条，其中2条腐蚀减薄较为严重，其余管道腐蚀减薄情况良好。RBI评估中，富气管线300-P-50122-2TB1和500-P-50122-2TB1为高风险，在含水的硫化氢介质中易发生酸性水腐蚀，通过超声波测厚在弯头部位的背面发现腐蚀减薄现象，壁厚减薄量大于20%。对RBI分析认为存在应力腐蚀开裂的管道进行了磁粉、渗透和RT探伤，未发现裂纹类缺陷。外部宏观和测厚检验结果表明，未发现严重外部腐蚀。重点关注管道的验证结果如表9所示。

表8 重点关注设备的验证

表9 重点关注管道的验证

4 结论与建议

通过对该炼油厂催化裂化装置进行RBI评估和现场停机检验，并将两者的结果进行对比分析，可以得出以下结论。

（1）RBI评估结果表明，该装置中大部分设备和管道风险水平在可接受范围内。对部分重点关注较高风险的设备和管道需进行在线检验，在线检验未发现异常。从而该装置设备及管道可以根据生产需要延至2019年10月进行定期检验。

（2）基于RBI的评估结果指导现场检验。从腐蚀减薄看，RBI评估较准确分析出了易发生严重腐蚀的设备和管道。从应力腐蚀开裂看，RBI评估则相对较保守。从外部腐蚀看，设备和管道发生大气腐蚀及保温层下腐蚀的情况与RBI评估结果基本一致，腐蚀程度不严重。

（3）通过RBI技术的应用，合理调整检验周期，延长炼油厂设备和管道运行时间，减少开停车频率，满足企业需要。同时在大修检验期间，运用基于风险评估（RBI）的检验，对风险高的设备和管道加大检测范围和检测比例，对风险较低的设备和管道进行抽检，做到有的放矢。对炼油厂设备和管道的管理，在兼顾安全和经济的同时，实现装置平稳运行具有重大意义。